基于快速并机并网的Trojan电瓶应急电源车设计研究

摘要：随着社会经济的高速发展，国民经济综合实力不断提升，对于电力行业提出了更高的要求。按照国家电网公司配电网“能带不停”的规定，为了有效增强供电可靠性，配电网不停电作业、应急电源车转带负荷作业已成为了常态。然而，对于超大功率大面积快速供电而言，由于配电网不停电作业中，由于负载大小不确定等因素，常常会无法准确设定电源车负载基数，甚至无法正常启动保电，为了解决这类问题，可进行并机并网方案设计，从而保障供电安全。

关键词：并机并网；应急电源车；模式分析

引言

强国强军是当前中国国家发展的一个重要目标和任务，这是近年来中国政府提出的一项重大战略，它的主要核心是强化国家的综合国力和军事实力，实现国家的长远发展。从战略层面看，强国和强军是相辅相成、相互促进的。军用电源车是针对信息化战争条件下，各种武器装备的保障需求而研制的一种新型技术保障装备。以定点保障方式为主，为野战修理所、车炮场和装备维修分队提供工频、中频和直流电源保障。在传统供电保障模式下，很可能会出现诸多问题，比如在接入或退出用户侧母排时，军用电源车很可能迫使用户经历多次短时停电等。为此，需要采取一种新型的军用电源车设计，即基于快速并机并网的应急电源车设计，以此满足保障主站装备的要求。

一、传统供电保障模式分析

改革开放40多年来，我国综合国力大幅提升，科学技术能力不断增强，军队现代化水平得到了显著提高，为满足信息化战争条件需求，军用应急电源车的得到了广泛应用。作为应急供电的常用设备，应急电源车在传统供电保障模式当中，主要分为两种模式，其一，短时间停电模式；其二，不停电模式。

1、短时间停电模式

在短时间停电模式当中，主要分为三种形式，即固定供电保障点、临时确定供电保障接入点及转带低压用户，具体如下：

（1）固定供电保障点。通过对任务量频次的分析，筛选出需要经常执行供电保障任务的用户，并通过这些用户，相关人员编制包括用户概况、用户电源及接线情况、保障方案等在内的“一户一册”，并及时与用户协商后外置固定的带有断路器的插接箱，正常情况下该断路器是分闸状态，其上桩头接至用户配电室的母排。

（2）临时确定供电保障接入点。当接到供电保障任务时，先由工作负责人进行现场勘查，再通知工作人员准备工器具及应急电源车，车辆停至现场后，由工作人员完成接线、机组试起动操作、安全措施布置及现场值守工作。与固定供电保障接入点方式相比，这种方式在电源车输出端接入及退出用户母排前必须先断开用户母排总开关。此外，在现场也能够见到移动式插接箱，主要起中间转接作用，适用于应急电源车无法靠近供电保障接入点或是整根电缆长度不够的情况。

（3）转带低压用户。为了实现转带低压用户，可以通过移动箱变车带电搭接旁路，也可以利用应急电源车转带低压用户。由于应急电源车不具备并网功能，作业流程局限为先向配电网调度申请拉开用户变压器低压侧零克、高压侧跌落式熔断器，再在用户侧接入应急电源车并起动发电，待新的用户变压器安装完成后，退出应急电源车，然后向配电网调度申请合上高压侧跌落式熔断器、低压侧零克，恢复对用户供电。在整个环节当中，虽然减少了用户停电时间，增加了供电量，但实质上仍然属于停电更换用户变压器的类别。

2、不停电模式

在线式不间断电源车能够实现市电与蓄电池组的无间隙切换。当其接入供电保障点时，必须有一路市电接至UPS车市电输入端。正常运行时，用户负载由市电经UPS的整流逆变单元的输出供电。在市电异常或中断时，蓄电池组经逆变器输出稳定交流电压，为用户供电，300kV·AUPS可保障满载0.5h供电。这种模式虽然能够极大地提高供电可靠性，但适用性有待提升。

二、军用应急电源车并网模式分析

并机并网电源车的原理：发电机的电压与频率可通过控制器进行有效管控，从而保证其和市电网相同，并管控相关的支路断路器，从而起到不停电切换的目的，这种情况下，便可起到多机并联并网不停电作业的效果。

为了控制全部的断路器，并整合所有的系统数据，从而达到不停电带电作业的作用，可通过IM-NT采集市电端的有关数据，AVRI模块采集发动机输出电端数据，同时，MCB断路器可由IM-NT控制，采集到的数据则由AVRI模块向发动机组相关IG-NT控制器组传送。同时，通过IG-NT控制器组有效管控断路器GCB1、GCB2，且利用IG-NT控制器组间的并机线进行相关通信数据信息的传送。

1、正向并网模式。在正向并网模式条件下，为了保证市电可形成旁路，可在合闸状态控制MCB市网低压负荷断路器开关，并通过市电进行用户LOAD负载供电，市电电压、相序检测时，则由IM-NT控制器进行检测。利用can通讯向IG-NT并网控制器传输，并进行处理分析。启动G1低压电源车，发电机组G1的电压和相序由G1低压电源车的AVRI模块进行检测，并判断是否与IM-NT反馈信息一致。为保持与市电同步，发电机整机组的电压、频率及同步相位角通过IG-AVRI模块调整，并实现总断路器GCB1和MGCB的自动合闸（延时合闸），完成低压电源和市电正向并网。

2、 反向并网模式。当市电恢复供电后，通过IM-NT控制器检测市电电压、相序，传送至IG-NT并网控制器内，发电机整机组电压、同步相位角和频率（与市电同步）由IG-AVRI模块进行调整，MCB市电断路器实现自动延时合闸，从而完成低压电源车与市电反向并网。反向并网后，进行分闸GCB1、GCB2和MGCB断路器开关，机组冷停电，由市电旁路对用户进行供电，用户低压主断路器进行合闸，MCB市网低压负荷断路器分闸，带电解除旁路。

三、设计方案分析

按照现行规定要求，电源车厢体设计时，应满足车内设备的工作性能要求及整车的动力、行驶安全性能要求。电源车厢体主要分为四部分，即控制室、机组室、二级消音室和电缆室，在布局方面，较为合理；在结构方面，极为紧凑。

应急电源车控制系统的功能为单台、多台后备并网，以及内置同步器、负载分配器、市电及发电车保护功能，以实现发动机自动或手动起动并机及与市电并网。NT系统控制器易安装、操作简单，可根据用户需求进行自定义应用界面设置，具有强大的图像显示功能，能够进行直观的操作，并通过IG-AVRI控制发电机电压、频率实现并网及保护功能。发电机组起动和GCB合闸由控制器发出指令完成自动操作，电源车发电机组与市电并联运行可以实现正向和反向同步。

配合IM-NT控制器进行检测市电的电压、频率，将相关信号反馈至IG-NT内处理，实现市电并网，达到不间断电源切换，当市电故障时自启动、自动同步合闸、自动负载分配、功率管理：当市电恢复时，市电自动与机组群反同期，机组转移负载，分闸冷却停机。对于单台高压发电车并网，当市电需检修停止时，通过专用高压电缆连接高压发电车高压开关柜公共母排，启动高压发电车，通过并机模块检测到高压发电车与市电同步后，自动合闸高压发电车2 Ah高压开关柜，由高压发电机车与市电一同向负载供电。供电稳定后，切断市电快插接头，由高压发电车单独供电。当市电检修完毕后，用专用高压电缆连接高压发电车上3 Ah高压开关柜出线段与市电，开通市电，此时高压发电车与市电的同步性通过并机模块以检测，自动合闸高压发电车3 Ah高压开关柜，负载由高压发电车与市电一同供电。当供电稳定后，由市电通过3 Ah高压开关柜供电，停止高压发电车，连接市电快插接头，分闸3 Ah高压开关柜，恢复市电正常供电。对于多台高压发电车并机并网，市电需检修停止时，通过专用高压电缆连接两台或多台高压发电车的高压开关柜公共母排，再连接高压发电车3 Ah高压开关柜出线段与市电，启动高压发电车，由并机模块检测高压发电车是否与市电同步，并判断是否自动合闸高压发电车2 Ah、6 Ah高压开关柜，由高压发电车与市电一同向负载供电。供电稳定后，切断市电快插接头，由高压发电车并机单独供电。当市电检修完毕后，发电车上7 Ah高压开关柜出线段与市电通过专用高压电缆连接高压连接，开通市电，由并机模块检测两台或多台高压发电车组是否与市电同步，判断是否自动合闸高压发电车7 Ah高压开关柜，负载由高压发电车与市电一同供电。在供电稳定后，将所有高压发电车停止供电，由市电通过7 Ah高压开关柜供电，连接市电快插接头，分闸7 Ah高压开关柜，恢复市电正常供电。

待启动机组之后，状态处于稳定状态，可进行测试。具体测试参数情况如表1所示。

项目	机组功率/kw	并联参数/kw	并网参数/kw	环境温度/℃	环境湿度/%RH	大气压力/MPa
参数	额定功率1000	起200，停150	基数负载200	30	45	常压

表1  具体测试参数

当检测到母线没有电压时，控制模块给并机柜发出合闸指令，直接合闸；当检测到母线有电压时，控制模块调节发电机电压和发动机转速，与母排进行同步调节，当到达同步点时，控制模块给出合闸信号给并机柜，进行并机。检测结果当中，并机运行测试结果如表2所示，并网运行测试结果如表3所示。

类型	总负载功率/kw	Uab/V	IA/A	频率/Hz	负载功率/kw
手动	0	10496	0	50	0
	600	10505	17	50	298
	1200	10505	34	50	597
自动并列	0	10496	0	50	0
	205	10505	6	50	101
自动解列	147	10512	9	50	147

表2  并机运行测试结果

总负载功率/kw	操作步骤	市电电源
		Uab/V	IA/A	频率/Hz	负载功率/kw
500	市电加载机组额定功率的50%负载	10500	27	50	498
	机组并网（正向），承担基数负载	10500	16	50	299
	切断市电，机组承担全部负载	——	——	——	——
	连接市电并网（反向），机组承担基数负载	10500	17	50	298

表3  并网运行测试结果

四、结束语

综上所述，强军梦不圆，中国梦也难圆。雄厚的经济实力是一个国家强大的基础，但倘若没有相应的国防实力和军事能力作后盾，经济实力再强大也不能成就真正意义上的中国梦。野战电源车作为部队电源保障车，可应用于部队自动化办公、通信、卫生、维修、生活等领域，也可用于医疗救护等后勤专业部门的野营供电，是一种用于后勤保障的通用电源装备。近年来，随着部队在高原、高寒地区保障任务的日趋增加，高原地区海拔高、气温低、气候干燥等条件对野战移动电源车的要求也越来越高。在用户负荷较大,低压电源车容量较小的情况下,为了保证供电正常，需要多台电源车并列运行以此进行供电，基于此，本文提出了快速并机并网应急电源车设计，以期解决大面积大功率负载供电问题，提高供电安全性。